JP3223339B2 - controller - Google Patents
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- JP3223339B2 JP3223339B2 JP23282394A JP23282394A JP3223339B2 JP 3223339 B2 JP3223339 B2 JP 3223339B2 JP 23282394 A JP23282394 A JP 23282394A JP 23282394 A JP23282394 A JP 23282394A JP 3223339 B2 JP3223339 B2 JP 3223339B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はIMC(Internal Model
Control)構造の制御アルゴリズムを用いたコントロー
ラに関し、特にフィルタの時定数調整では対応できない
ような場合でも良好な制御を行うことができるコントロ
ーラに関するものである。The present invention relates to an IMC (Internal Model)
The present invention relates to a controller using a control algorithm having a control structure, and more particularly to a controller that can perform good control even when adjustment of the time constant of a filter cannot be performed.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より制御対象プロセスを数式表現し
た内部モデルを組み込んで制御を行うIMC構造の制御
アルゴリズムを用いたコントローラが提案されており、
このIMCコントローラを用いれば制御対象プロセス
(例えばこのコントローラが室内空調機に用いられるも
のであれば室内環境に相当する)に大きなむだ時間(空
調機から温風が出てから室内温度が上昇するまでの時
間)が存在しても対応が可能という優れた利点がある。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a controller using a control algorithm having an IMC structure for performing control by incorporating an internal model expressing a process to be controlled mathematically.
If this IMC controller is used, a large dead time (from the time when the hot air comes out of the air conditioner to the time when the indoor temperature rises) is increased in the process to be controlled (for example, when the controller is used for an indoor air conditioner, this corresponds to the indoor environment) There is an excellent advantage that it is possible to cope even if there is (time).
【0003】図17は従来のIMCコントローラを用い
た制御系のブロック線図である。33は目標値から後述
するフィードバック量を減算する第1の減算処理部、3
2は第1の減算処理部33の出力の変化が急激に伝わら
ないようにするためのフィルタ部、34はフィルタ部3
2の出力に基づいてこのコントローラの出力である操作
量を演算する操作部、36は制御対象プロセスを数式で
近似したものであって制御結果である制御量に相当する
参照制御量を出力する内部モデル、38は制御量から内
部モデル36からの参照制御量を減算してフィードバッ
ク量を出力する第2の減算処理部、40は制御対象プロ
セスである。FIG. 17 is a block diagram of a control system using a conventional IMC controller. Reference numeral 33 denotes a first subtraction processing unit for subtracting a feedback amount to be described later from the target value;
Reference numeral 2 denotes a filter unit for preventing a change in the output of the first subtraction processing unit 33 from being transmitted suddenly, and 34 denotes a filter unit 3
An operation unit 36 for calculating an operation amount which is an output of the controller based on the output of 2, an internal unit 36 which is obtained by approximating a process to be controlled by a mathematical expression and outputs a reference control amount corresponding to a control amount which is a control result; The model 38 is a second subtraction processing unit that subtracts the reference control amount from the internal model 36 from the control amount and outputs a feedback amount, and 40 is a control target process.
【0004】また、F、Gc、Gm、Gpはそれぞれフ
ィルタ部32、操作部34、内部モデル36、制御対象
プロセス40の伝達関数、rは目標値、uは操作量、y
は制御量、ymは参照制御量、eはフィードバック量で
ある。Further, F, Gc, Gm, and Gp are transfer functions of the filter unit 32, the operation unit 34, the internal model 36, and the controlled process 40, r is a target value, u is an operation amount, and y
Is a control amount, ym is a reference control amount, and e is a feedback amount.
【0005】次に、このようなIMCコントローラの動
作を説明する。最初に、第1の減算処理部33にて目標
値rからフィードバック量eが減算され、操作部34に
てフィルタ部32の出力から操作量uが演算されて制御
対象プロセス40及び内部モデル36へ出力される。そ
して、第2の減算処理部38にてプロセス40の制御量
yから内部モデル36からの参照制御量ymが減算さ
れ、この結果がフィードバック量eとして第1の減算処
理部33へフィードバックされるフィードバック制御系
が構成されている。Next, the operation of such an IMC controller will be described. First, the feedback amount e is subtracted from the target value r by the first subtraction processing unit 33, the operation amount u is calculated from the output of the filter unit 32 by the operation unit 34, and the operation amount u is calculated by the control unit process 40 and the internal model 36. Is output. Then, the reference control amount ym from the internal model 36 is subtracted from the control amount y of the process 40 by the second subtraction processing unit 38, and the result is fed back to the first subtraction processing unit 33 as the feedback amount e. A control system is configured.
【0006】このようなIMCコントローラの内部モデ
ル36は、制御対象プロセス40を同定した結果に基づ
いて、内部モデル36の伝達関数とプロセス40の伝達
関数(近似式)が一致するようにパラメータが設定され
る。また、フィルタ部32の時定数は、制御の即応性と
安定性のバランスを考慮して決定される。そして、即応
性を重視する場合には、フィルタの時定数を小さめの値
に設定し、安定性を重視する場合には、時定数を大きめ
の値に設定する。The parameters of the internal model 36 of the IMC controller are set such that the transfer function of the internal model 36 and the transfer function (approximate expression) of the process 40 match based on the result of identifying the process 40 to be controlled. Is done. Further, the time constant of the filter unit 32 is determined in consideration of the balance between the control responsiveness and the stability. When the responsiveness is emphasized, the time constant of the filter is set to a smaller value, and when the stability is emphasized, the time constant is set to a larger value.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来のIMCコントロ
ーラは以上のように構成されており、制御の即応性や安
定性に関する仕様を変更する場合、その調整はフィルタ
の時定数変更によって行われる。しかし、プロセス制御
のための操作量には物理的な上下限の制約があるため、
目標値追従の即応性を向上させようとしてフィルタの即
応性調整を行っても、操作量が上下限リミッタによって
頭打ちとなり、即応性改善の効果を得られないことがあ
るという問題点があった。The conventional IMC controller is configured as described above, and when the specification relating to the control responsiveness and stability is changed, the adjustment is performed by changing the time constant of the filter. However, the amount of operation for process control has physical upper and lower limits,
Even if the responsiveness of the filter is adjusted in order to improve the responsiveness of the target value tracking, there is a problem that the operation amount reaches a plateau due to the upper and lower limiters and the effect of the responsiveness improvement may not be obtained.
【0008】また、制御対象プロセスのむだ時間変動が
大きい場合、フィルタの安定性調整によって制御の安定
化が図られる。しかし、プロセスのむだ時間が内部モデ
ルのむだ時間の3〜4倍以上に大きくなると、即応性を
かなり犠牲にしたフィルタ時定数調整を行わなければな
らず、むだ時間の大きなプロセスに有効というIMCコ
ントローラの利点が得られなくなるという問題点があっ
た。本発明は、上記課題を解決するためになされたもの
で、フィルタの時定数調整では対応できないような場合
でも良好な制御を行うことができるIMC構造のコント
ローラを提供することを目的とする。In addition, when the process to be controlled has a large variation in the dead time, the control is stabilized by adjusting the stability of the filter. However, if the dead time of the process becomes 3 to 4 times or more as long as the dead time of the internal model, the filter time constant must be adjusted at the expense of responsiveness, and the IMC controller is effective for processes with large dead time. There is a problem that the advantage of the above cannot be obtained. The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide a controller having an IMC structure that can perform good control even when adjustment of the filter time constant cannot be performed.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、入力された制
御の目標値を伝達関数が時間遅れの特性で出力する目標
値フィルタ部と、この目標値フィルタ部の出力からフィ
ードバック量を減算する第1の減算処理部と、この第1
の減算処理部の出力を伝達関数が時間遅れの特性で出力
する目標値・外乱フィルタ部、内部モデルのパラメータ
に基づいてむだ時間の要素を除いた内部モデルの伝達関
数の逆数の特性により目標値・外乱フィルタ部の出力か
ら操作量を演算して出力する操作部からなる操作量演算
部と、内部モデルパラメータを記憶する内部モデル記憶
部と、内部モデルパラメータに基づいて内部モデルの伝
達関数の特性により操作量から参照制御量を演算する内
部モデル出力演算部と、制御対象プロセスの制御量から
内部モデル出力演算部から出力された参照制御量を減算
してフィードバック量を出力する第2の減算処理部と、
制御対象プロセスをモデル同定して得られたプロセスパ
ラメータ、及び即応性重視又は安定性重視の制御特性を
指定するための調整係数に基づき、内部モデルパラメー
タを算出して内部モデル記憶部に記憶させる内部モデル
パラメータ算出部とを有するものである。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a target value filter section for outputting a target value of an input control with a transfer function having a time delay characteristic, and a feedback amount is subtracted from the output of the target value filter section. A first subtraction processing unit,
A target value / disturbance filter that outputs the output of the subtraction processing unit with a time delay characteristic, and the transfer function of the internal model excluding the dead time element based on the parameters of the internal model.
An operation amount calculation unit including an operation unit that calculates and outputs an operation amount from the output of the target value / disturbance filter unit based on the characteristic of the reciprocal of the number, an internal model storage unit that stores internal model parameters, and The internal model
An internal model output operation unit for calculating the reference control amount from the operation amount according to the characteristic of the attainment function, and a feedback amount by subtracting the reference control amount output from the internal model output operation unit from the control amount of the control target process. A subtraction processing unit of 2;
An internal model parameter is calculated based on a process parameter obtained by model identification of a process to be controlled and an adjustment coefficient for designating a control characteristic emphasizing responsiveness or stability, and stored in an internal model storage unit. And a model parameter calculation unit.
【0010】また、内部モデルの伝達関数は、ゲイン及
び時定数を含む内部モデルパラメータを用いるものであ
り、内部モデルパラメータ算出部は、調整係数が即応性
重視を示すとき、プロセスパラメータ中のゲイン、時定
数に1以下の特定値を乗じた値を内部モデルパラメータ
中のゲイン、時定数とし、調整係数が安定性重視を示す
とき、プロセスパラメータ中のゲイン、時定数に1より
大きい特定値を乗じた値を内部モデルパラメータ中のゲ
イン、時定数とするものである。In addition, the transfer function of the internal model has a gain and
And internal model parameters including time constants.
When the adjustment coefficient indicates the importance of responsiveness , the internal model parameter calculation unit determines the value obtained by multiplying the gain and the time constant in the process parameter by a specific value of 1 or less as the gain and the time constant in the internal model parameter and adjusts the adjustment. When the coefficient indicates importance on stability, a value obtained by multiplying the gain and the time constant in the process parameter by a specific value larger than 1 is used as the gain and the time constant in the internal model parameter.
【0011】[0011]
【0012】[0012]
【作用】本発明によれば、目標値フィルタ部、第1の減
算処理部、操作量演算部、内部モデル記憶部、内部モデ
ル出力演算部、及び第2の減算処理部によってフィード
バック制御系が構成されている。そして、内部モデルの
設定は、内部モデルパラメータ算出部がプロセスパラメ
ータ及び調整係数から内部モデルパラメータを算出し、
これを内部モデル記憶部に記憶させることにより行われ
る。また、内部モデルパラメータ算出部は、調整係数が
即応性重視を示すとき、プロセスパラメータ中のゲイ
ン、時定数に1以下の特定値を乗じ、調整係数が安定性
重視を示すとき、1より大きい特定値を乗じることによ
り、内部モデルパラメータ中のゲイン、時定数を算出す
る。According to the present invention, a feedback control system is constituted by the target value filter section, the first subtraction processing section, the manipulated variable operation section, the internal model storage section, the internal model output operation section, and the second subtraction processing section. Have been. Then, the setting of the internal model is such that the internal model parameter calculation unit calculates the internal model parameter from the process parameter and the adjustment coefficient,
This is performed by storing this in the internal model storage unit. Also, the internal model parameter calculation unit multiplies the gain and time constant in the process parameter by a specific value of 1 or less when the adjustment coefficient indicates responsiveness emphasis, and specifies the value greater than 1 when the adjustment coefficient indicates stability emphasis. The gain and the time constant in the internal model parameters are calculated by multiplying the values.
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【実施例】図1は本発明の1実施例を示すIMC構造の
コントローラのブロック図、図2はこのコントローラを
用いた制御系のブロック線図、図3はこのコントローラ
の動作を説明するためのフローチャート図である。FIG. 1 is a block diagram of a controller having an IMC structure showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a control system using the controller, and FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the controller. It is a flowchart figure.
【0015】図1において、1はオペレータによって設
定された目標値rをコントローラに入力するための目標
値入力部、2は目標値入力部1からの目標値rを伝達関
数が1次遅れの特性で出力する目標値フィルタ部、3は
目標値フィルタ部2の出力rfからフィードバック量e
を減算する第1の減算処理部、4は後述する内部モデル
記憶部のパラメータに基づいて第1の減算処理部3の出
力e1から操作量uを演算する操作量演算部、5は操作
量演算部4から出力された操作量uを図1では図示しな
い制御対象プロセスへ出力する信号出力部である。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a target value input unit for inputting a target value r set by an operator to a controller, and 2 denotes a characteristic in which the transfer function of the target value r from the target value input unit 1 is a first-order lag. The target value filter section 3 outputs the feedback amount e from the output rf of the target value filter section 2.
Is a first subtraction processing unit, and 4 is an operation amount calculation unit that calculates an operation amount u from an output e1 of the first subtraction processing unit 3 based on parameters of an internal model storage unit described later. This is a signal output unit that outputs the operation amount u output from the unit 4 to a control target process not shown in FIG.
【0016】また、6aはコントローラの内部モデルパ
ラメータを記憶する内部モデル記憶部、6bは内部モデ
ル記憶部6aのパラメータに基づいて内部モデルとして
の演算を行い参照制御量ymを出力する内部モデル出力
演算部、7はプロセスからの制御量yをコントローラに
入力するための制御量入力部、8は制御量入力部7から
出力された制御量yから内部モデル出力演算部6bから
出力された参照制御量ymを減算してフィードバック量
eを出力する第2の減算処理部である。Reference numeral 6a denotes an internal model storage unit for storing the internal model parameters of the controller, and 6b an internal model output operation for performing an operation as an internal model based on the parameters of the internal model storage unit 6a and outputting a reference control amount ym. And 7, a control amount input unit for inputting a control amount y from the process to the controller, and 8 a reference control amount output from the internal model output operation unit 6b based on the control amount y output from the control amount input unit 7. This is a second subtraction processing unit that subtracts ym and outputs a feedback amount e.
【0017】また、9は制御の安定性と即応性のバラン
スに関するオペレータの要求仕様を示す調整係数をコン
トローラに入力するための調整係数入力部、10は制御
対象プロセスをモデル同定した結果得られたプロセスパ
ラメータをコントローラに入力するためのプロセスパラ
メータ入力部、11は調整係数及びプロセスパラメータ
に基づいて内部モデルパラメータを算出し、内部モデル
記憶部6aに記憶させる内部モデルパラメータ算出部で
ある。Reference numeral 9 denotes an adjustment coefficient input unit for inputting an adjustment coefficient, which indicates an operator's required specification regarding the balance between control stability and responsiveness, to the controller. Reference numeral 10 denotes a model identification of a process to be controlled. A process parameter input unit 11 for inputting process parameters to the controller is an internal model parameter calculation unit that calculates an internal model parameter based on the adjustment coefficient and the process parameter and stores the calculated internal model parameter in the internal model storage unit 6a.
【0018】図2において、4aは操作量演算部4の内
部にあって、第1の減算処理部3の出力e1を伝達関数
が1次遅れの特性で出力する目標値・外乱フィルタ部、
4bは同じくその内部にあって目標値・外乱フィルタ部
4aの出力から操作量uを演算する操作部、6は内部モ
デル記憶部6a及び内部モデル出力演算部6bからなる
内部モデル、F1は目標値フィルタ部2の伝達関数、F
2は目標値・外乱フィルタ部4aの伝達関数である。In FIG. 2, reference numeral 4a denotes a target value / disturbance filter unit which is inside the manipulated variable operation unit 4 and outputs the output e1 of the first subtraction processing unit 3 with a transfer function having a first-order delay characteristic.
4b is an operation unit for calculating an operation amount u from the output of the target value / disturbance filter unit 4a, 6 is an internal model comprising an internal model storage unit 6a and an internal model output operation unit 6b, and F1 is a target value. Transfer function of filter unit 2, F
Reference numeral 2 denotes a transfer function of the target value / disturbance filter unit 4a.
【0019】なお、図2は図1の目標値フィルタ部2、
第1の減算処理部3、操作量演算部4、内部モデル記憶
部6a、内部モデル出力演算部6b、及び第2の減算処
理部8からなるコントローラの基本構成に、制御対象プ
ロセス40を含めて制御系として書き直したものであ
る。FIG. 2 shows the target value filter unit 2 of FIG.
The basic configuration of the controller including the first subtraction processing unit 3, the operation amount calculation unit 4, the internal model storage unit 6a, the internal model output calculation unit 6b, and the second subtraction processing unit 8 includes the control target process 40. It has been rewritten as a control system.
【0020】本実施例のコントローラにおいては、内部
モデルパラメータ算出部11が内部モデル6のパラメー
タを算出し、これにより目標値フィルタ部2、操作量演
算部4、内部モデル出力演算部6bの特性が決定され制
御系の動作が決定されるが、ここではコントローラの制
御系としての動作を先に説明する。In the controller according to the present embodiment, the internal model parameter calculation unit 11 calculates the parameters of the internal model 6, whereby the characteristics of the target value filter unit 2, the operation amount calculation unit 4, and the internal model output calculation unit 6b are changed. Although the operation of the control system is determined, the operation of the controller as the control system will be described first.
【0021】目標値rは、このコントローラのオペレー
タによって設定され、目標値入力部1を介して目標値フ
ィルタ部2に入力される(図3ステップ104)。目標
値フィルタ部2は、入力された目標値rからその出力値
rfを次式のように演算する(ステップ105)。 rf=F1×r ・・・(1) F1=1/(1+T1×s) ・・・(2)The target value r is set by the operator of the controller, and is input to the target value filter unit 2 via the target value input unit 1 (step 104 in FIG. 3). The target value filter unit 2 calculates the output value rf from the input target value r as in the following equation (step 105). rf = F1 × r (1) F1 = 1 / (1 + T1 × s) (2)
【0022】そして、式(2)の伝達関数F1における
時定数T1は、後述する内部モデル6の時定数Tmに応
じて次式のように設定されるようになっている。 T1=4×α×Tm ・・・(3) αは比例定数であり、例えばα=0.168である。次
に、第1の減算処理部3は、rf−e2、すなわち目標
値フィルタ部2の出力rfから第2の減算処理部8から
出力されるフィードバック量e2を減算する(ステップ
106)。The time constant T1 in the transfer function F1 in the equation (2) is set as follows according to the time constant Tm of the internal model 6 described later. T1 = 4 × α × Tm (3) α is a proportionality constant, for example, α = 0.168. Next, the first subtraction processing unit 3 subtracts the feedback amount e2 output from the second subtraction processing unit 8 from rf-e2, that is, the output rf of the target value filter unit 2 (step 106).
【0023】操作量演算部4内の目標値・外乱フィルタ
部4aは、第1の減算処理部3の出力e1をその時定数
をT2とする次式のような伝達関数F2の特性で出力す
る。 F2=1/(1+T2×s) ・・・(4) そして、時定数T2も時定数T1と同様に内部モデル6
の時定数Tmに応じて次式のように設定されるようにな
っている。 T2=α×Tm ・・・(5)The target value / disturbance filter section 4a in the manipulated variable operation section 4 outputs the output e1 of the first subtraction processing section 3 with a transfer function F2 having the time constant T2 as shown in the following equation. F2 = 1 / (1 + T2 × s) (4) The time constant T2 is the same as the time constant T1 in the internal model 6.
The time constant Tm is set as follows. T2 = α × Tm (5)
【0024】また、同じく操作量演算部4内の操作部4
bは、目標値・外乱フィルタ部4aの出力から操作量u
を演算するが、その伝達関数Gcは内部モデル記憶部6
aから出力された内部モデル6のゲイン及び時定数によ
り次式となり、むだ時間Lmの要素を除いた内部モデル
6の伝達関数Gmの逆数となっている。 Gc=(1+Tm×s)/Km ・・・(6) ここで、Km、Tmはそれぞれ内部モデル6のゲイン、
時定数である。The operation unit 4 in the operation amount calculation unit 4
b is the manipulated variable u from the output of the target value / disturbance filter unit 4a.
Is calculated, and its transfer function Gc is stored in the internal model storage unit 6
The following equation is obtained based on the gain and the time constant of the internal model 6 output from a, and is the reciprocal of the transfer function Gm of the internal model 6 excluding the element of the dead time Lm. Gc = (1 + Tm × s) / Km (6) where Km and Tm are gains of the internal model 6, respectively.
It is a time constant.
【0025】よって、操作量演算部4は、第1の減算処
理部3の出力e1から操作量uを次式のように演算し、
これを信号出力部5を介して制御対象プロセス40(実
際にはバルブ等の操作装置)へ出力し、また内部モデル
出力演算部6bへ出力する(ステップ107)。 u=F2×Gc×e1 =[(1+Tm×s)/{Km×(1+T2×s)}]×e1 ・・(7)Therefore, the manipulated variable calculating section 4 calculates the manipulated variable u from the output e1 of the first subtraction processing section 3 as follows:
This is output to the control target process 40 (actually, an operating device such as a valve) via the signal output unit 5 and is output to the internal model output calculation unit 6b (step 107). u = F2 × Gc × e1 = [(1 + Tm × s) / {Km × (1 + T2 × s)}] × e1 (7)
【0026】次に、制御対象プロセス40は、1次遅れ
とむだ時間の要素を有するものとしてその伝達関数Gp
を次式のような近似伝達関数で表現できる。 Gp=Kp×exp(−Lp×s)/(1+Tp×s) ・・・(8) ここで、Kp、Lp、Tpはそれぞれプロセス40のゲ
イン、むだ時間、時定数である。Next, the control target process 40 is assumed to have elements of the first-order delay and the dead time, and its transfer function Gp
Can be represented by an approximate transfer function such as Gp = Kp × exp (−Lp × s) / (1 + Tp × s) (8) where Kp, Lp, and Tp are the gain, dead time, and time constant of the process 40, respectively.
【0027】そして、内部モデルは、図17の例ではプ
ロセス40をモデル同定した結果得られた上記のような
パラメータKp、Tp、Lpをそのまま内部モデルのゲ
インKm、時定数Tm、むだ時間Lmとして用い、プロ
セス40を式(8)と同様の近似式によって表現したも
のとなるが、本実施例の内部モデル6ではモデル同定し
た結果をそのまま使用しない。In the internal model, the parameters Kp, Tp, and Lp obtained as a result of model identification of the process 40 in the example of FIG. 17 are directly used as the internal model gain Km, time constant Tm, and dead time Lm. The process 40 is represented by an approximate expression similar to the expression (8), but the internal model 6 of the present embodiment does not use the result of model identification as it is.
【0028】すなわち、内部モデル出力演算部6bは、
内部モデル記憶部6aに記憶されたゲインKm、時定数
Tm、及びむだ時間Lmに基づき操作量uから参照制御
量ymを次式のように演算するが(ステップ108)、
これらの内部モデルパラメータは内部モデルパラメータ
算出部11がプロセスパラメータから後述のように算出
するものである。 ym=Gm×u={Km×exp(−Lm×s)/(1+Tm×s)}×u ・・・(9)That is, the internal model output operation unit 6b
The reference control amount ym is calculated from the operation amount u based on the gain Km, the time constant Tm, and the dead time Lm stored in the internal model storage unit 6a as in the following equation (step 108).
These internal model parameters are calculated by the internal model parameter calculation unit 11 from the process parameters as described later. ym = Gm × u = {Km × exp (−Lm × s) / (1 + Tm × s)} × u (9)
【0029】次いで、制御量入力部7には、制御対象プ
ロセス40(実際には制御量yを検出するセンサ)から
制御量yが入力される(ステップ109)。そして、第
2の減算処理部8は、y−ym、すなわち制御量yから
内部モデル出力演算部6bからの参照制御量ymを減算
し、この減算結果をフィードバック量e2として出力す
る(ステップ110)。以上のようなステップ104〜
110の動作をオペレータ等の指令によってコントロー
ラが停止するまで(ステップ111)、1制御周期ごと
に繰り返す。Next, the control amount y is input to the control amount input unit 7 from the control target process 40 (actually, a sensor for detecting the control amount y) (step 109). Then, the second subtraction processing unit 8 subtracts the reference control amount ym from the internal model output calculation unit 6b from y-ym, that is, the control amount y, and outputs the subtraction result as a feedback amount e2 (step 110). . Step 104 to above
The operation of step 110 is repeated every control cycle until the controller is stopped by an instruction from the operator or the like (step 111).
【0030】これが、このIMC構造のコントローラの
基本構成であるフィードバック制御系としての動作であ
る。次に、以上のような制御特性を決定する調整係数入
力部9、プロセスパラメータ入力部10、内部モデルパ
ラメータ算出部11の動作について説明する。This is the operation of the feedback control system which is the basic configuration of the controller having the IMC structure. Next, operations of the adjustment coefficient input unit 9, the process parameter input unit 10, and the internal model parameter calculation unit 11 that determine the above control characteristics will be described.
【0031】調整係数入力部9には、制御の安定性と即
応性のバランスに関するオペレータの要求仕様を示す調
整係数Cがオペレータによって設定される(図3ステッ
プ100)。オペレータは、制御の即応性を重視したい
場合には、調整係数Cを0.1≦C≦1に設定し、安定
性を重視したい場合にはC>1に設定する。In the adjustment coefficient input section 9, an operator sets an adjustment coefficient C indicating the required specification of the operator regarding the balance between control stability and responsiveness (step 100 in FIG. 3). The operator sets the adjustment coefficient C to 0.1 ≦ C ≦ 1 when importance is placed on the responsiveness of control, and sets C> 1 when importance is placed on stability.
【0032】次に、プロセスパラメータ入力部10に
は、制御対象プロセス40を式(8)のように近似して
モデル同定する従来のIMCのパラメータ設定手法を用
いて得られたプロセス40のゲインKp、時定数Tp、
むだ時間Lpがオペレータによって設定される(ステッ
プ101)。Next, the process parameter input unit 10 inputs the gain Kp of the process 40 obtained by using a conventional IMC parameter setting method for approximating the process 40 to be controlled as in equation (8) and identifying the model. , The time constant Tp,
The dead time Lp is set by the operator (step 101).
【0033】そして、内部モデルパラメータ算出部11
は、調整係数入力部9から出力された調整係数C、及び
プロセスパラメータ入力部10から出力されたプロセス
パラメータに基づいて内部モデル6のゲインKm、時定
数Tm、むだ時間Lmを次式のように算出する(ステッ
プ102)。 Km=C×Kp ・・・(10) Tm=C×Tp ・・・(11) Lm=Lp ・・・(12)Then, the internal model parameter calculator 11
Calculates the gain Km, the time constant Tm, and the dead time Lm of the internal model 6 based on the adjustment coefficient C output from the adjustment coefficient input unit 9 and the process parameter output from the process parameter input unit 10 as follows: It is calculated (step 102). Km = C × Kp (10) Tm = C × Tp (11) Lm = Lp (12)
【0034】こうして算出された内部モデル6のゲイン
Km、時定数Tm、むだ時間Lmが内部モデル記憶部6
aに出力され記憶されることにより、内部モデル6が設
定される(ステップ103)。これは、目標値フィルタ
部2、操作量演算部4、内部モデル出力演算部6bの特
性が決定されることであり、これにより制御系としての
特性が決定され、上述のステップ104以降の動作が開
始される。The gain Km, time constant Tm, and dead time Lm of the internal model 6 thus calculated are stored in the internal model storage unit 6.
The internal model 6 is set by being output to and stored in “a” (step 103). This means that the characteristics of the target value filter unit 2, the manipulated variable operation unit 4, and the internal model output operation unit 6b are determined. As a result, the characteristics of the control system are determined. Be started.
【0035】図4は従来のIMCコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図5は同様に本実施例のコントローラの目標値
追従性を示す図である。図4、5は20秒にて目標値r
を0から4cmに変更し、その制御結果の制御量y(液
面の高さ)を求めたシミュレーション結果である。ここ
で、タンク内の液体という制御対象プロセスのゲインK
pを1、時定数Tpを120秒、むだ時間Lpを20秒
とする。FIG. 4 is a diagram showing the target value follow-up performance when the conventional IMC controller is used for controlling the liquid level in the tank, and FIG. 5 similarly shows the target value follow-up performance of the controller of this embodiment. FIG. 4 and 5 show the target value r at 20 seconds.
Is changed from 0 to 4 cm, and a control result y (liquid level) of the control result is obtained as a simulation result. Here, the gain K of the process to be controlled, which is the liquid in the tank,
Let p be 1, the time constant Tp be 120 seconds, and the dead time Lp be 20 seconds.
【0036】そして、従来のコントローラは、本実施例
のコントローラにおいて、内部モデルパラメータ算出部
11に算出を行わせずに、モデル同定結果のプロセスパ
ラメータをそのまま内部モデル記憶部6aに記憶させる
構成とする。よって、モデル同定が正しく行われたとす
ると、このコントローラの内部モデルのゲインKmは
1、時定数Tmは120秒、むだ時間Lmは20秒であ
り、また目標値フィルタ部の時定数T1は80.64
秒、目標値・外乱フィルタ部の時定数T2は20.16
秒となる。In the conventional controller, the process parameters of the model identification result are stored in the internal model storage unit 6a without being calculated by the internal model parameter calculation unit 11 in the controller of the present embodiment. . Therefore, assuming that the model identification is correctly performed, the gain Km of the internal model of the controller is 1, the time constant Tm is 120 seconds, the dead time Lm is 20 seconds, and the time constant T1 of the target value filter is 80. 64
Second, the time constant T2 of the target value / disturbance filter section is 20.16
Seconds.
【0037】図4のy1はこれらをそのまま用いた場合
の制御量であり、y2はフィルタの時定数をT1=2
0.16秒、T2=5.04秒に変更して即応性調整を
行った場合の制御量である。また、本実施例のコントロ
ーラでは、調整係数C=0.5が調整係数入力部9に設
定され、従来のコントローラと同じプロセスパラメータ
がプロセスパラメータ入力部10に設定されることによ
り、内部モデルパラメータ算出部11がゲインKmを
0.5、時定数Tmを60秒、むだ時間Lmを20秒と
算出し、これにより時定数T1は40.32秒、時定数
T2は10.08秒となる。In FIG. 4, y1 is a control amount when these are used as they are, and y2 is a time constant of the filter, T1 = 2.
This is a control amount when the responsiveness adjustment is performed by changing to 0.16 seconds and T2 = 5.04 seconds. In the controller of the present embodiment, the adjustment coefficient C = 0.5 is set in the adjustment coefficient input unit 9 and the same process parameters as those of the conventional controller are set in the process parameter input unit 10, so that the internal model parameter calculation is performed. The unit 11 calculates the gain Km to be 0.5, the time constant Tm to be 60 seconds, and the dead time Lm to be 20 seconds, whereby the time constant T1 is 40.32 seconds and the time constant T2 is 10.08 seconds.
【0038】図4の従来のコントローラでは、フィルタ
調整を行わない場合(y1)の整定時間が281秒(こ
こで、整定時間は目標値rの変化量の5%以内の偏差範
囲、すなわち3.8<y<4.2になったときとす
る)、フィルタの即応性調整を行った場合(y2)で2
28秒である。これに対し、図5の本実施例のコントロ
ーラでは97秒と半分以下の時間で整定し、即応性が大
きく向上していることが分かる。In the conventional controller shown in FIG. 4, the settling time when the filter adjustment is not performed (y1) is 281 seconds (where the settling time is a deviation range within 5% of the variation of the target value r, ie, 3. 8 <y <4.2), and when the responsiveness of the filter is adjusted (y2), 2
28 seconds. On the other hand, in the controller of this embodiment shown in FIG. 5, the time is set at 97 seconds, which is less than half, and it can be seen that the responsiveness is greatly improved.
【0039】このような即応性改善の効果が得られるの
は、以下のような理由による。図6は図4、5のシミュ
レーションにおける操作量変化を示す図であり、u1は
従来のコントローラの操作量、u2は本実施例の操作量
である。ただし、従来のコントローラは、フィルタの即
応性調整を行った例のみを示している。従来のコントロ
ーラの操作量u1は、最高で170%まで急上昇してそ
の後すぐに低下する。つまり、フィルタの即応性調整
は、操作量を非常に高い値にして即応性を向上させよう
とするものであることが分かる。The effect of improving the responsiveness is obtained for the following reasons. FIG. 6 is a diagram showing a change in the operation amount in the simulations of FIGS. 4 and 5, where u1 is the operation amount of the conventional controller, and u2 is the operation amount of this embodiment. However, the conventional controller shows only an example in which the responsiveness of the filter is adjusted. The manipulated variable u1 of the conventional controller rapidly rises to 170% at the maximum and then falls shortly thereafter. That is, it can be seen that the responsiveness adjustment of the filter is intended to improve the responsiveness by setting the operation amount to a very high value.
【0040】一方、本実施例のコントローラの操作量u
2は、最高で110%までしか上昇しない代わりに、1
00%に近い値を長時間維持する。つまり、高めの操作
量を長時間維持して即応性を向上させようとするもので
あることが分かる。したがって、操作量uが図6のとお
り変化すれば、従来のコントローラでも即応性改善の効
果が得られるはずである。しかし、操作量uは、物理的
な制約(例えば、急激にバルブを作動させるとバルブが
壊れてしまう等)から0〜100%に正規化されてお
り、本実施例及び従来のコントローラでも図示しないリ
ミッタ手段によって操作量に上下限のリミッタが設定さ
れている。On the other hand, the operation amount u of the controller of this embodiment is
2 instead of rising only up to 110%,
Maintain a value close to 00% for a long time. In other words, it is understood that the responsiveness is to be improved by maintaining a higher operation amount for a long time. Therefore, if the operation amount u changes as shown in FIG. 6, the effect of improving the responsiveness should be obtained even with the conventional controller. However, the operation amount u is normalized to 0 to 100% due to physical restrictions (for example, the valve is broken when the valve is suddenly operated), and is not shown in the present embodiment and the conventional controller. The upper and lower limiters are set for the operation amount by the limiter means.
【0041】図7はこのような実際の操作量変化を示す
図である。従来のコントローラでは、高い値の操作量が
頭打ちとなり、しかもその頭打ちの分を補うほどの時間
だけ操作量を維持できないので、即応性改善の効果を得
ることができなくなる。これに対し、本実施例のコント
ローラでは、操作量上限によって操作量が頭打ちになっ
ても、高めの値を長時間維持することから、結果的に即
応性改善の効果を得ることができる。FIG. 7 is a diagram showing such an actual operation amount change. In the conventional controller, a high value of the operation amount reaches a peak, and the operation amount cannot be maintained for a time sufficient to compensate for the peak, so that the effect of improving the responsiveness cannot be obtained. On the other hand, in the controller of the present embodiment, even if the operation amount reaches a plateau due to the upper limit of the operation amount, the higher value is maintained for a long time, and as a result, the effect of improving the responsiveness can be obtained.
【0042】図8は従来のIMCコントローラを図4の
例と同様にタンク内の液面の高さの制御に使用したとき
の目標値追従性を示す図、図9は同様に本実施例のコン
トローラの目標値追従性を示す図であり、y3は従来の
コントローラでフィルタの安定性調整を行った場合の制
御量である。ここでの制御対象プロセスは、ゲインKp
が4、時定数Tpが480秒で、むだ時間Lpが最大で
80秒まで大きく変動するものとする。FIG. 8 is a view showing a target value follow-up characteristic when the conventional IMC controller is used for controlling the level of the liquid level in the tank similarly to the example of FIG. 4, and FIG. 9 is likewise an example of the present embodiment. It is a figure which shows the target value followability of a controller, and y3 is a control amount at the time of performing stability adjustment of a filter with a conventional controller. The process to be controlled here is the gain Kp
Is 4, the time constant Tp is 480 seconds, and the dead time Lp greatly varies up to 80 seconds at the maximum.
【0043】従来のコントローラは、モデル同定の結果
から内部モデルのパラメータを図4の例と同設定にした
ため、Kp/Km=Tp/Tm=4のモデル同定誤差が
発生し、むだ時間Lmについても最大で4倍の誤差が発
生していることになる。また、目標値フィルタ部の時定
数T1、目標値・外乱フィルタ部の時定数T2は、フィ
ルタ調整を行わない場合(y1)が図4の例と同じ、フ
ィルタの安定性調整を行った場合(y3)でT1=20
1.6秒、T2=50.4秒である。In the conventional controller, the parameters of the internal model are set to be the same as those in the example of FIG. 4 based on the result of model identification. Therefore, a model identification error of Kp / Km = Tp / Tm = 4 occurs, and the dead time Lm is also reduced. That is, an error of up to four times occurs. The time constant T1 of the target value filter unit and the time constant T2 of the target value / disturbance filter unit are the same as in the example of FIG. 4 when the filter adjustment is not performed (y1). T1 = 20 in y3)
1.6 seconds, T2 = 50.4 seconds.
【0044】また、本実施例のコントローラでは、調整
係数C=2が調整係数入力部9に設定され、従来のコン
トローラと同じプロセスパラメータがプロセスパラメー
タ入力部10に設定されることにより、内部モデルパラ
メータ算出部11がゲインKmを2、時定数Tmを24
0秒、むだ時間Lmを20秒と算出し、これにより時定
数T1=161.3秒、T2=40.32秒となる。Further, in the controller of this embodiment, the adjustment coefficient C = 2 is set in the adjustment coefficient input unit 9 and the same process parameters as those of the conventional controller are set in the process parameter input unit 10, so that the internal model parameters are set. The calculation unit 11 sets the gain Km to 2 and the time constant Tm to 24
0 seconds and the dead time Lm are calculated as 20 seconds, whereby the time constants T1 = 161.3 seconds and T2 = 40.32 seconds.
【0045】図8から明らかなように、従来のコントロ
ーラでは、同定誤差が発生すると、フィルタの安定性調
整を行った場合(y3)でも制御量yの振動を抑制する
ことができないが、本実施例のコントローラでは、従来
例と同じプロセスパラメータ設定誤差が発生しているに
も拘らず、整定時間1572秒で整定状態となり、安定
性が向上していることが分かる。As is apparent from FIG. 8, in the conventional controller, when an identification error occurs, the oscillation of the control amount y cannot be suppressed even when the stability of the filter is adjusted (y3). It can be seen that the controller of the example is settled in the settling time of 1572 seconds, and the stability is improved, despite the same process parameter setting error as the conventional example.
【0046】つまり、制御対象プロセスの同定に誤差が
含まれる場合やプロセスの特性が変動する場合には、安
定性を重視した制御特性にする必要があり、またプロセ
スの同定精度が高く特性変動も顕著でない場合には、生
産効率を向上させるために制御の即応性を高めることが
得策となる。そして、上述のとおり本実施例のコントロ
ーラによれば、安定性重視の調整係数Cを指定するだけ
で、即応性を犠牲にすることなく整定性の良い制御を実
現することができ、また即応性重視の調整係数Cを指定
するだけで、通常のIMCコントローラよりも応答の速
い制御を実現することができる。In other words, when the identification of the process to be controlled includes an error or when the characteristics of the process fluctuate, it is necessary to set the control characteristics with an emphasis on stability. If not, it is advisable to increase the responsiveness of the control in order to improve the production efficiency. As described above, according to the controller of the present embodiment, it is possible to realize a control with good stabilization without sacrificing the responsiveness only by specifying the adjustment coefficient C emphasizing stability. Only by designating the adjustment coefficient C that is important, it is possible to realize control with a faster response than a normal IMC controller.
【0047】ところで、制御対象プロセスのむだ時間変
動は、制御特性を劣化させる要因として特に対応が困難
な問題とされており、2〜3倍程度のむだ時間変動であ
れば、従来のフィルタ時定数調整あるいは図1のコント
ローラで対応できるが、それ以上のむだ時間変動が見込
まれる場合には、かなり即応性を犠牲にしなければ対応
することができない。そこで、このような場合には図1
の例とは別の処理が必要となる。Incidentally, it is considered that the dead time fluctuation of the process to be controlled is particularly difficult to deal with as a factor of deteriorating the control characteristics. If the dead time fluctuation is about two to three times, the conventional filter time constant The adjustment or the controller shown in FIG. 1 can cope with the problem. However, if a further change in the dead time is expected, it cannot be coped with without sacrificing the responsiveness. Therefore, in such a case, FIG.
A different process from that of the example is required.
【0048】図10は本発明の参考例を示すIMC構造
のコントローラのブロック図、図11はこのコントロー
ラの動作を説明するためのフローチャート図であり、図
1、3と同一の部分には同一の符号を付してある。FIG. 10 is a block diagram of a controller having an IMC structure showing a reference example of the present invention, and FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the controller. The same parts as in FIGS. The code is attached.
【0049】11aは図1の内部モデルパラメータ算出
部11と同様のパラメータ算出を行う内部モデルパラメ
ータ算出部、12は調整係数C及び動作モードを示すモ
ード信号に基づいて、内部モデルパラメータ算出部11
aと後述する内部モデルパラメータ決定部の動作切り換
えを行うモード切換部、13は制御対象プロセスのむだ
時間変動に対応できる内部モデルパラメータを算出する
内部モデルパラメータ決定部である。Reference numeral 11a denotes an internal model parameter calculation unit for performing the same parameter calculation as the internal model parameter calculation unit 11 of FIG. 1, and 12 denotes an internal model parameter calculation unit 11 based on an adjustment coefficient C and a mode signal indicating an operation mode.
a is a mode switching unit that switches the operation of a and an internal model parameter determination unit described later, and 13 is an internal model parameter determination unit that calculates internal model parameters that can respond to dead time fluctuations of the process to be controlled.
【0050】本参考例においても、目標値入力部1、目
標値フィルタ部2、第1の減算処理部3、操作量演算部
4、信号出力部5、内部モデル記憶部6a、内部モデル
出力演算部6b、制御量入力部7、及び第2の減算処理
部8からなるコントローラの基本構成の動作は図1の例
と全く同じであり(図11ステップ104〜111)、
調整係数入力部9の動作(ステップ200)、プロセス
パラメータ入力部10の動作(ステップ201)も全く
同じである。Also in this embodiment , the target value input unit 1, the target value filter unit 2, the first subtraction processing unit 3, the operation amount calculation unit 4, the signal output unit 5, the internal model storage unit 6a, and the internal model output calculation The operation of the basic configuration of the controller including the unit 6b, the control amount input unit 7, and the second subtraction processing unit 8 is exactly the same as the example in FIG. 1 (steps 104 to 111 in FIG. 11).
The operation of the adjustment coefficient input unit 9 (step 200) and the operation of the process parameter input unit 10 (step 201) are exactly the same.
【0051】モード切換部12には、動作モードを示す
モード信号Qがオペレータによって設定される(ステッ
プ202)。オペレータは、通常、第1のモードを示す
モード信号Q=0をモード切換部12に設定し、制御対
象プロセスのむだ時間変動が大きいと見込まれる場合に
は第2のモードを示すモード信号Q=1を設定する。次
に、モード切換部12は、設定されたモード信号の状態
を判定し(ステップ203)、モード信号がQ=0なら
ばこれをそのまま出力して内部モデルパラメータ算出部
11aに内部モデルパラメータを算出させる。A mode signal Q indicating an operation mode is set in the mode switching section 12 by an operator (step 202). The operator normally sets a mode signal Q = 0 indicating the first mode in the mode switching unit 12, and when it is expected that the process to be controlled has a large dead time variation, the mode signal Q = 2 indicating the second mode. Set 1. Next, the mode switching unit 12 determines the state of the set mode signal (step 203). If the mode signal is Q = 0, the mode switching unit 12 outputs this as it is and calculates the internal model parameters to the internal model parameter calculation unit 11a. Let it.
【0052】内部モデルパラメータ算出部11aは、モ
ード信号がQ=0のとき動作するものであり、その動作
は図1の内部モデルパラメータ算出部11と同じであ
る。つまり、内部モデルパラメータ算出部11aは、内
部モデルパラメータを式(10)〜(12)を用いて算
出する(ステップ204)。そして、算出されたパラメ
ータが内部モデル記憶部6aに出力され記憶されること
により、内部モデル6が設定される(ステップ20
5)。以降の動作は図1の例と全く同じである(ステッ
プ104〜111)。The internal model parameter calculating section 11a operates when the mode signal is Q = 0, and its operation is the same as that of the internal model parameter calculating section 11 in FIG. That is, the internal model parameter calculation unit 11a calculates the internal model parameters using the equations (10) to (12) (Step 204). Then, the internal model 6 is set by outputting and storing the calculated parameters to the internal model storage unit 6a (step 20).
5). Subsequent operations are exactly the same as in the example of FIG. 1 (steps 104 to 111).
【0053】また、モード切換部12は、ステップ20
3においてモード信号がQ=1であれば、次に調整係数
入力部9に設定された調整係数Cの状態を判定し(ステ
ップ206)、調整係数CがC>1で安定性重視の設定
になっていれば、モード信号Q=1をそのまま出力して
内部モデルパラメータ決定部13に内部モデルパラメー
タを算出させる。Also, the mode switching unit 12 determines in step 20
If the mode signal is Q = 1 in step 3, the state of the adjustment coefficient C set in the adjustment coefficient input section 9 is determined (step 206). If so, the mode signal Q = 1 is output as it is, and the internal model parameter determination unit 13 calculates the internal model parameters.
【0054】内部モデルパラメータ決定部13は、モー
ド信号がQ=1のとき動作するものであり、調整係数入
力部9から出力された調整係数C、及びプロセスパラメ
ータ入力部10から出力されたプロセスパラメータに基
づいて内部モデル6のゲインKm、時定数Tm、むだ時
間Lmを次式のように算出する(ステップ207)。 Km=C×Kp ・・・(13) Tm=Tp ・・・(14) Lm=Lp ・・・(15)The internal model parameter determination section 13 operates when the mode signal is Q = 1, and outputs the adjustment coefficient C output from the adjustment coefficient input section 9 and the process parameter output from the process parameter input section 10. The gain Km, the time constant Tm, and the dead time Lm of the internal model 6 are calculated based on the following equation (step 207). Km = C × Kp (13) Tm = Tp (14) Lm = Lp (15)
【0055】そして、ステップ205以降の動作は上記
と同様である。また、モード切換部12は、ステップ2
06において調整係数Cが0.1≦C≦1で即応性重視
の設定になっていると、モード信号Q=1をQ=0に変
更して出力し、内部モデルパラメータ算出部11aにパ
ラメータを算出させる(ステップ204)。The operations after step 205 are the same as described above. Also, the mode switching unit 12 performs step 2
If the adjustment coefficient C is set to 0.1 ≦ C ≦ 1 and the responsiveness is emphasized in 06, the mode signal Q = 1 is changed to Q = 0 and output, and the parameter is sent to the internal model parameter calculation unit 11a. The calculation is performed (step 204).
【0056】このような変更を行うのは、内部モデルパ
ラメータ決定部13がプロセスのむだ時間変動に対応す
るためのものであり、むだ時間変動が大きい場合には制
御が不安定になるため、安定性を重視した制御特性を選
択すべきで、モード信号がQ=1の状態で即応性重視の
調整係数Cが設定されるのはオペレータのミスと考えら
れるからである。したがって、このようなモード切換部
12の動作により、オペレータの設定ミスに対応するこ
とができる。Such a change is performed by the internal model parameter determination unit 13 to cope with the time delay of the process. If the time delay is large, the control becomes unstable. The reason is that the control characteristic that emphasizes the responsiveness should be selected, and the reason why the adjustment coefficient C that emphasizes the responsiveness is set when the mode signal is Q = 1 is considered to be an operator error. Therefore, such an operation of the mode switching unit 12 can cope with an operator's setting error.
【0057】図12は従来のIMCコントローラを図4
の例と同様にタンク内の液面の高さの制御に使用したと
きの目標値追従性を示す図、図13は同様に本参考例の
コントローラの目標値追従性を示す図であり、y4は図
1の例のコントローラによる制御量である。ここで、制
御対象プロセスのゲインKp、時定数Tp、むだ時間L
pは図4の例と同様とし、従来のコントローラについて
は図8の例と同じパラメータ設定がなされているものと
し、このコントローラにフィルタの安定性調整を行った
場合のパラメータ設定も図8の例と同じとする。FIG. 12 shows a conventional IMC controller shown in FIG.
Examples and shows a target value follow-up property when used to control the height of the liquid level in the same way in the tank, FIG. 13 is a diagram showing a target value follow-up of the controller of the present reference example as well, y4 Is a control amount by the controller in the example of FIG. Here, gain Kp, time constant Tp, dead time L of the process to be controlled
It is assumed that p is the same as in the example of FIG. 4 and that the same parameter setting as that of the example of FIG. 8 is performed for the conventional controller. And the same as
【0058】また、図1の例のコントローラについて
も、図9の例と同じパラメータ設定がなされているもの
とする。そして、本参考例のコントローラでは、調整係
数C=3、モード信号Q=1とすることにより、内部モ
デルパラメータ決定部13が内部モデル6のゲインKm
を3、時定数Tmを120秒、むだ時間Lmを20秒と
算出し、これにより時定数T1=80.64秒、T2=
20.16秒となる。It is also assumed that the same parameter settings as in the example of FIG. 9 have been made for the controller of the example of FIG. In the controller according to the present embodiment , the adjustment coefficient C = 3 and the mode signal Q = 1, so that the internal model parameter determination unit 13 determines the gain Km of the internal model 6.
Is calculated as 3, the time constant Tm is 120 seconds, and the dead time Lm is 20 seconds, whereby the time constant T1 = 80.64 seconds and T2 =
20.16 seconds.
【0059】図12に示す従来のコントローラでは、フ
ィルタの安定性調整を行わない場合(y1)の整定時間
281秒に比べて、安定性調整を行った場合(y3)の
整定時間が679秒と即応性が損なわれていることが分
かる。一方、図1のコントローラ(y4)においても整
定時間が777秒と即応性が損なわれているのに対し、
本参考例のコントローラ(y)では整定時間が443秒
と即応性が損なわれていない。In the conventional controller shown in FIG. 12, the settling time when the stability adjustment is performed (y3) is 679 seconds, compared to the setting time 281 seconds when the filter stability adjustment is not performed (y1). It can be seen that responsiveness is impaired. On the other hand, in the controller (y4) of FIG. 1, the settling time is 777 seconds and the responsiveness is impaired.
In the controller (y) of this reference example , the settling time is 443 seconds, and the responsiveness is not impaired.
【0060】そして、図14、15はそれぞれ図12、
13の例において制御対象プロセスのむだ時間Lpが8
0秒に変動した場合の目標値追従性を示す図である。従
来のコントローラでは、フィルタの安定性調整を行った
場合(y3)の整定時間が860秒であり、図1の例の
コントローラ(y4)も整定時間798秒で従来と同程
度である。これに対し、本参考例のコントローラ(y)
では、プロセスパラメータ設定時の同定誤差がむだ時間
Lpに関して4倍に達しているにも拘らず、整定時間が
415秒で安定性も更に向上していることが分かる。FIGS. 14 and 15 correspond to FIGS.
In the example of 13, the dead time Lp of the process to be controlled is 8
It is a figure which shows target value followability when it fluctuates to 0 second. In the conventional controller, the settling time when the filter stability is adjusted (y3) is 860 seconds, and the controller (y4) in the example of FIG. 1 has a settling time of 798 seconds, which is almost the same as the conventional controller. On the other hand, the controller (y) of this reference example
It can be seen that the settling time is 415 seconds and the stability is further improved, despite the fact that the identification error at the time of setting the process parameters has quadrupled with respect to the dead time Lp.
【0061】以上のように、本参考例のコントローラに
よれば、モード信号を第2のモードにして安定性重視の
調整係数Cを指定するだけで、プロセスのむだ時間変動
が大きい場合でも即応性を犠牲にすることなく整定性の
良い制御を実現することができる。As described above, according to the controller of the present embodiment , the mode signal is set to the second mode, and the adjustment coefficient C for emphasizing stability is merely specified. Control can be realized without sacrificing control.
【0062】なお、図1の例では、式(10)〜(1
2)を用いて内部モデルパラメータを算出したが、図1
0の例の効果を持つ以下のような算出を内部モデルパラ
メータ算出部11に行わせることも可能であり有効であ
る。 Km=C×Kp ・・・(16) Tm=C1/2 ×Tp ・・・(17) Lm=Lp ・・・(18)In the example of FIG. 1, the equations (10) to (1)
The internal model parameters were calculated using 2).
It is also possible and effective to cause the internal model parameter calculation unit 11 to perform the following calculation having the effect of the example of 0. Km = C × Kp (16) Tm = C 1/2 × Tp (17) Lm = Lp (18)
【0063】あるいは、 Km=C×Kp ・・・(19) Tm=0.5×(C+1)×Tp ・・・(20) Lm=Lp ・・・(21)Alternatively, Km = C × Kp (19) Tm = 0.5 × (C + 1) × Tp (20) Lm = Lp (21)
【0064】図16は本発明の他の実施例を示すコント
ローラのブロック図である。20は図示しないオペレー
タ又は制御対象プロセス側の装置とのインタフェースを
とるインタフェース回路、21はプログラム格納領域と
なるリードオンリメモリ(以下、ROMとする)、22
は変数格納領域となるランダムアクセスメモリ(以下、
RAMとする)、23はROM21に格納されたプログ
ラムに従って内部モデルパラメータの算出とIMC制御
演算を行うCPU、24はアドレス・バス、25はデー
タ・バス、26はコントロール・バスである。FIG. 16 is a block diagram of a controller showing another embodiment of the present invention. Reference numeral 20 denotes an interface circuit for interfacing with an operator (not shown) or a device on the side of a process to be controlled, 21 denotes a read-only memory (hereinafter referred to as a ROM) serving as a program storage area, 22
Is a random access memory (hereinafter referred to as a variable storage area)
A RAM for calculating internal model parameters and performing an IMC control operation in accordance with a program stored in the ROM 21, a reference numeral 24, an address bus, a reference numeral 25, a data bus, and a reference numeral 26, a control bus.
【0065】本実施例は図1又は10のコントローラの
動作を実現する別の構成例である。インタフェース回路
20は、オペレータによって入力された目標値r、プロ
セスパラメータKp、Tp、Lp、調整係数C、モード
信号Qを受信すると共に、制御対象プロセスからの制御
量yを受信し、そしてCPU23で演算された操作量u
を制御対象プロセスに出力する。This embodiment is another configuration example for realizing the operation of the controller shown in FIG. 1 or 10. The interface circuit 20 receives the target value r, the process parameters Kp, Tp, Lp, the adjustment coefficient C, and the mode signal Q input by the operator, receives the control amount y from the control target process, and calculates by the CPU 23. Manipulated variable u
Is output to the process to be controlled.
【0066】ROM21には、図3あるいは図11の動
作を実現するためのプログラムが格納されており、CP
U23はアドレス・バス24、データ・バス25を介し
てこれらのプログラムを逐次読み出して実行し、演算結
果をアドレス・バス24、データ・バス25を介してR
AM22に記憶させるか、又はインタフェース回路20
から外部に出力させる。The ROM 21 stores a program for realizing the operation of FIG. 3 or FIG.
U23 sequentially reads out and executes these programs via the address bus 24 and the data bus 25, and outputs the operation result to the R via the address bus 24 and the data bus 25.
Stored in the AM 22 or the interface circuit 20
Output to the outside.
【0067】次に、このようなコントローラの動作を図
1の例に関して説明する。CPU23は、インタフェー
ス回路20から送出された調整係数C、パラメータK
p、Tp、Lpに基づいて内部モデルパラメータKm、
Tm、Lmを前述のように算出し(ステップ100〜1
02)、これらをRAM22に記憶させる(ステップ1
03)。次いで、インタフェース回路20から送出され
た目標値rに目標値フィルタ演算を行い(ステップ10
4、105)、演算結果rfに第1の減算処理を行った
後(ステップ106)、その演算結果e1から操作量u
を演算してインタフェース回路20に送出する(ステッ
プ107)。Next, the operation of such a controller will be described with reference to the example of FIG. The CPU 23 adjusts the adjustment coefficient C and the parameter K transmitted from the interface circuit 20.
The internal model parameters Km based on p, Tp, Lp,
Tm and Lm are calculated as described above (steps 100 to 1).
02) and store them in the RAM 22 (step 1).
03). Next, a target value filter operation is performed on the target value r sent from the interface circuit 20 (step 10).
4, 105), a first subtraction process is performed on the operation result rf (step 106), and the operation amount u is calculated from the operation result e1.
Is calculated and sent to the interface circuit 20 (step 107).
【0068】続いて、CPU23は、操作量uから参照
制御量ymを演算し(ステップ108)、インタフェー
ス回路20から送出された制御量yを基に第2の減算処
理を行う(ステップ110)。そして、ステップ104
〜110の動作をコントローラが停止するまで(ステッ
プ111)、1制御周期ごとに繰り返す。以上のように
して、図1の例の動作を実現でき、図10の例について
も同様に実現できる。Subsequently, the CPU 23 calculates a reference control amount ym from the operation amount u (step 108), and performs a second subtraction process based on the control amount y sent from the interface circuit 20 (step 110). And step 104
Operations 110 to 110 are repeated every control cycle until the controller stops (step 111). As described above, the operation of the example of FIG. 1 can be realized, and the example of FIG. 10 can be similarly realized.
【0069】[0069]
【発明の効果】本発明によれば、内部モデルパラメータ
算出部がプロセスパラメータ及び調整係数から内部モデ
ルパラメータを算出することにより、内部モデルの設定
が行われるので、安定性重視の調整係数を指定するだけ
で、即応性を犠牲にすることなく整定性の良い制御を実
現することができる。これにより、常に安定した制御が
確保でき、制御に起因するトラブルの発生を防げるの
で、制御の専門的知識のないオペレータの作業負担を軽
減できる。また、即応性重視の調整係数を指定するだけ
で、フィルタで即応性調整を行った従来のIMCコント
ローラよりも応答の速い制御を実現することができる。
したがって、制御対象プロセスの生産効率を高めること
ができ、生産コストの低減等の効果を得ることができ
る。According to the present invention, since the internal model is calculated by the internal model parameter calculating section calculating the internal model parameters from the process parameters and the adjustment coefficients, the adjustment coefficients for emphasizing stability are designated. Thus, control with good settling can be realized without sacrificing responsiveness. As a result, stable control can always be ensured, and occurrence of troubles due to control can be prevented, so that the work load of an operator who does not have specialized control knowledge can be reduced. Also, by simply designating an adjustment coefficient emphasizing responsiveness, control with a faster response than a conventional IMC controller in which responsiveness is adjusted by a filter can be realized.
Therefore, the production efficiency of the process to be controlled can be increased, and effects such as reduction in production cost can be obtained.
【0070】また、内部モデルパラメータ算出部がプロ
セスパラメータ中のゲイン、時定数に1以下の特定値を
乗じた値を内部モデルパラメータ中のゲイン、時定数と
することにより、即応性を犠牲にしない整定性の良い制
御を実現できる内部モデルパラメータを得ることがで
き、内部モデルパラメータ算出部が1より大きい特定値
を乗じることにより、フィルタで即応性調整を行った従
来のIMCコントローラよりも応答の速い制御を実現で
きる内部モデルパラメータを得ることができる。Further, the internal model parameter calculation unit uses the value obtained by multiplying the gain and the time constant in the process parameter by a specific value of 1 or less as the gain and the time constant in the internal model parameter, so that the responsiveness is not sacrificed. It is possible to obtain an internal model parameter capable of realizing control with good settability, and the internal model parameter calculation unit multiplies by a specific value greater than 1 to provide a faster response than a conventional IMC controller that has performed responsiveness adjustment with a filter. It is possible to obtain internal model parameters that can realize control.
【0071】[0071]
【図1】 本発明の1実施例を示すコントローラのブロ
ック図である。FIG. 1 is a block diagram of a controller showing one embodiment of the present invention.
【図2】 図1のコントローラを用いた制御系のブロッ
ク線図である。FIG. 2 is a block diagram of a control system using the controller of FIG. 1;
【図3】 図1のコントローラの動作を説明するための
フローチャート図である。FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the controller in FIG. 1;
【図4】 従来のIMCコントローラの目標値追従性を
示す図である。FIG. 4 is a diagram showing target value followability of a conventional IMC controller.
【図5】 図1のコントローラの目標値追従性を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing target value followability of the controller of FIG. 1;
【図6】 図1のコントローラ及び従来のコントローラ
の操作量変化を示す図である。6 is a diagram showing a change in the operation amount of the controller of FIG. 1 and a conventional controller.
【図7】 図1のコントローラ及び従来のコントローラ
の操作量変化を示す図である。7 is a diagram showing a change in the operation amount of the controller of FIG. 1 and a conventional controller.
【図8】 従来のIMCコントローラの目標値追従性を
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing target value followability of a conventional IMC controller.
【図9】 図1のコントローラの目標値追従性を示す図
である。FIG. 9 is a diagram showing target value followability of the controller of FIG. 1;
【図10】 本発明の参考例を示すコントローラのブロ
ック図である。FIG. 10 is a block diagram of a controller showing a reference example of the present invention.
【図11】 図10のコントローラの動作を説明するた
めのフローチャート図である。FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the controller in FIG. 10;
【図12】 従来のIMCコントローラの目標値追従性
を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing target value followability of a conventional IMC controller.
【図13】 図1、図10のコントローラの目標値追従
性を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing target value followability of the controller in FIGS. 1 and 10;
【図14】 従来のIMCコントローラの目標値追従性
を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing target value followability of a conventional IMC controller.
【図15】 図1、図10のコントローラの目標値追従
性を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing target value followability of the controller in FIGS. 1 and 10;
【図16】 本発明の他の実施例を示すコントローラの
ブロック図である。FIG. 16 is a block diagram of a controller showing another embodiment of the present invention.
【図17】 従来のIMCコントローラを用いた制御系
のブロック線図である。FIG. 17 is a block diagram of a control system using a conventional IMC controller.
2…目標値フィルタ部、3…第1の減算処理部、4…操
作量演算部、6a…内部モデル記憶部、6b…内部モデ
ル出力演算部、8…第2の減算処理部、9…調整係数入
力部、10…プロセスパラメータ入力部、11、11a
…内部モデルパラメータ算出部、12…モード切換部、
13…内部モデルパラメータ決定部。2 target value filter unit, 3 first subtraction processing unit, 4 operation amount calculation unit, 6a internal model storage unit, 6b internal model output calculation unit, 8 second subtraction processing unit, 9 adjustment Coefficient input unit, 10 ... process parameter input unit, 11, 11a
... internal model parameter calculation unit, 12 ... mode switching unit,
13 ... internal model parameter determination unit.
Claims (2)
力する操作量を演算し、制御対象プロセスを1次遅れと
むだ時間の要素を有する伝達関数で表現した内部モデル
にて制御結果である制御対象プロセスの制御量に相当す
る参照制御量を演算し、制御量と参照制御量との差をフ
ィードバックすることにより制御を行うIMC構造のコ
ントローラにおいて、 入力された制御の目標値を伝達関数が時間遅れの特性で
出力する目標値フィルタ部と、 この目標値フィルタ部の出力からフィードバック量を減
算する第1の減算処理部と、 この第1の減算処理部の出力を伝達関数が時間遅れの特
性で出力する目標値・外乱フィルタ部、内部モデルのパ
ラメータに基づいてむだ時間の要素を除いた前記内部モ
デルの伝達関数の逆数の特性により前記目標値・外乱フ
ィルタ部の出力から操作量を演算して出力する操作部か
らなる操作量演算部と、 前記内部モデルパラメータを記憶する内部モデル記憶部
と、 前記内部モデルパラメータに基づいて前記内部モデルの
伝達関数の特性により前記操作量から参照制御量を演算
する内部モデル出力演算部と、 制御対象プロセスの制御量から前記内部モデル出力演算
部から出力された参照制御量を減算して前記フィードバ
ック量を出力する第2の減算処理部と、 制御対象プロセスをモデル同定して得られたプロセスパ
ラメータ、及び即応性重視又は安定性重視の制御特性を
指定するための調整係数に基づき、前記内部モデルパラ
メータを算出して内部モデル記憶部に記憶させる内部モ
デルパラメータ算出部とを有することを特徴とするコン
トローラ。An operation amount to be output to a control target process is calculated from a control target value, and the control target process is regarded as a first-order lag.
Control is performed by calculating a reference control amount corresponding to the control amount of the controlled process, which is the control result, using an internal model expressed by a transfer function having a dead time element, and feeding back the difference between the control amount and the reference control amount. In a controller having an IMC structure, a transfer function outputs a target value of input control with a time delay characteristic, and a first subtraction process for subtracting a feedback amount from an output of the target value filter unit A target value / disturbance filter unit for outputting the output of the first subtraction processing unit with a time-delay characteristic of the transfer function, and the internal module excluding the dead time element based on the parameters of the internal model.
An operation amount calculation unit including an operation unit that calculates and outputs an operation amount from an output of the target value / disturbance filter unit by a characteristic of a reciprocal of a transfer function of Dell; an internal model storage unit that stores the internal model parameter; of the internal model on the basis of the internal model parameters
An internal model output operation unit for calculating a reference control amount from the manipulated variable according to a characteristic of a transfer function; and a reference control amount output from the internal model output operation unit from a control amount of a control target process to obtain the feedback amount. A second subtraction processing unit to be output; a process parameter obtained by model-identifying the process to be controlled; and an adjustment coefficient for designating a control characteristic that emphasizes responsiveness or stability. A controller configured to calculate and store the internal model parameter in an internal model storage unit.
前記内部モデルパラメータを用いるものであり、 前記 内部モデルパラメータ算出部は、調整係数が即応性
重視を示すとき、前記プロセスパラメータ中のゲイン、
時定数に1以下の特定値を乗じた値を前記内部モデルパ
ラメータ中のゲイン、時定数とし、調整係数が安定性重
視を示すとき、プロセスパラメータ中のゲイン、時定数
に1より大きい特定値を乗じた値を内部モデルパラメー
タ中のゲイン、時定数とするものであることを特徴とす
るコントローラ。 2. The controller according to claim 1, wherein the transfer function of the internal model includes a gain and a time constant.
Wherein is intended to use the internal model parameter, the internal model parameter calculating unit, when the adjustment factor indicates readiness emphasis gain in the process parameters,
A value obtained by multiplying the time constant by a specific value of 1 or less is defined as a gain and a time constant in the internal model parameter. When the adjustment coefficient indicates importance on stability, a specific value greater than 1 is set for the gain and the time constant in the process parameter. A controller wherein the multiplied values are used as a gain and a time constant in internal model parameters .
Priority Applications (1)
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